流域风化层雨洪调蓄生态机理

风化层是陆地表面经各种风化作用而形成的疏松堆积层,是雨洪调蓄的天然场所,对流域水资源管理有着重要意义。从复杂开放系统论的观点出发,结合近年来国内外对风化层雨洪调蓄特征的研究,分析了风化层在流域雨洪调蓄中的生态机理。主要研究了风化层的概念、风化层雨洪调蓄的组成与时空结构;解释了风化层集水、蓄水、净水、养水、供水功能等方面的雨洪调蓄功能;分析了风化层与地形地貌、生境、地质、土壤、大气、能量以及人类活动等流域环境要素的生态关系。研究表明:(1)流域风化层具有重要的雨洪调蓄特征,是由其特有的物质组成与时空结构特征决定的,正常发挥风化层的雨洪调蓄功能,流域中的水为健康的"活水",不同流域风化层的物质组成和结构的时空变化极大,其雨洪调蓄功能的发挥机制也极其复杂,采用常规定量研究方法几乎不可能掌握其机理,应采用复杂开放系统理论和方法开展研究;(2)风化层是流域系统的一个子系统,与其它流域环境要素之间是相互联系和相互作用的,过去我们通常采用的"排水范式"解决局部问题以期改善整个流域系统问题的治理思路是行不通的,已不适应今后的风化层雨洪调蓄生态学研究,还极可能衍生新的系统问题;(3)将流域视为一个复杂开放系统,国外流域生态学家提出了生态结构(Ecostructures)的概念,强调流域系统自身生态能力的发挥,将土壤-植被-大气连续体(SVA)研究扩展到风化层-生境-能量连续体(RHE)的生态耦合研究。因此建议,采取"边学边做"(Learning by Doing)的流域适应性管理,应当是今后流域风化层雨洪调蓄管理的重要方向。     

人工堆垫地貌微地形改造及其水土保持效果研究进展

人工堆垫地貌由城镇、工矿建设中松散易侵蚀的弃土、弃渣堆垫而成,全世界每年数百亿立方米的堆积物压占大量土地并造成严重的岩土侵蚀。微地形改造可调控地表径流,有效控制水土流失,改善地表微生境。鉴于此,本文阐述了人工堆垫地貌岩土侵蚀特征;对梯田、水平阶、水平沟、鱼鳞坑、挡水埂等微地形改造方法的国内外研究进展进行了系统梳理和总结,对比分析不同微地形改造方法的适用范围、优缺点;探讨了不同微地形整地措施的减流减沙、蓄水保肥、植被恢复等方面的水土保持效果;并指出当前人工堆垫地貌微地形改造方法、整地措施组合应用等方面存在的问题,同时提出了堆垫地貌径流侵蚀机理、水文学原理研究发展方向,以期为人工堆垫地貌岩土侵蚀治理、生态脆弱区水土保持提供新思路。     

基于土壤生物工程的小流域侵蚀沟治理研究进展

水土保持是生态文明建设的重要组成部分, 是国家重点资助应用基础研究, 是践行“绿水青山就是金山银山”治理理念的经济发展领域。当前我国水土流失问题依然严峻, 仍有超过国土四分之一水土流失面积, 且分布广、治理难度大, 给生态环境和社会经济造成严重破坏, 亟待加快推进小流域侵蚀沟治理。基于土壤生物工程技术的小流域侵蚀沟治理已受到国内外学者高度关注, 国内相关研究理论储备较充分, 但理论结合实践方面距世界先进水平仍有较大差距。为进一步推动该技术在我国的应用和发展, 文章综述了土壤生物工程的需求背景、概念和发展; 其次, 从生态视角梳理其地上-地下生态功能, 论述其优缺点, 探讨影响工程建设与实施的主要因素; 最后, 做了适合我国国情的土壤生物工程研究展望。结果表明土壤生物工程技术不仅是高效的小流域侵蚀沟生态治理方法, 还兼具经济与景观功效。建议在系统开展基于土壤生物工程技术的小流域侵蚀沟治理的同时, 进一步加强其理论和技术研究, 以期提供更完善的理论支撑和因地制宜的技术方法, 进而为科学推进我国水土流失综合治理工作奠定坚实基础。     

黄土高原浅沟空间分异特征

浅沟侵蚀是黄土高原重要的侵蚀类型之一,在区域尺度回答浅沟空间分布特征是浅沟治理的关键。基于系统抽样方法在黄土高原选取137个调查单元,综合运用亚米级影像目视解译方法和GNSS RTK野外高精度实测,并通过GIS空间分析方法,获取浅沟(特指瓦背状地形底部,下同)长度、密度、临界坡长、所在坡面土地利用等信息,阐明了目前黄土高原浅沟空间分布,分析了仍分布在耕地上的浅沟空间格局。结果表明：(1)基于亚米级影像目视解译的浅沟调查方法与野外实测方法得到的浅沟长度无显著性差异,前者可以用于区域尺度浅沟的快速调查;(2)黄土高原33.6%的调查单元存在浅沟,平均浅沟密度为3.41 km/km~2,最大为21.92 km/km~2,平均沟数密度约为65条/km~2;平均沟长63.31 m;发生浅沟的坡面临界坡长主要为40—60 m,平均为56.20 m;延安市西北部吴起、志丹、榆林市靖边一带浅沟密度最大;在不同治理分区内,黄土丘陵沟壑区平均浅沟密度最大,为5.32 km/km~2,浅沟侵蚀强度极强烈;黄土高塬沟壑区平均浅沟密度为2.07 km/km~2,浅沟侵蚀强度为中度。(3)目前38.3%的浅沟分布...     

黄土丘陵区坡改梯生态经济耦合效应

坡改梯是黄土丘陵区提高农作物单产和控制水土流失的有效措施。基于坡改梯内生和外延效应的学术思路,构建了能定量刻画坡改梯生态经济耦合状况的数学模型;以位于黄土丘陵区腹地的延安燕沟流域为例,利用土地利用和数字地形等空间数据、作物产量和土壤侵蚀模拟数据以及监测和调查数据,定量评价分析了燕沟流域坡改梯的生态经济耦合效应。结果表明:地形坡度越大,坡改梯的生态经济耦合效应越显著;地形坡度5°和15°是两个重要阈值,5°以下不必进行坡改梯,5°—15°之间应作为坡改梯的重点对象,15°以上宜退耕还林还草。坡改梯使燕沟流域农耕地的生态经济耦合程度得到了显著提高,坡改梯前生态经济耦合指数为1.805t/100元,坡改梯后下降为0.853t/100元,下降幅度达52.73%。随着坡改梯和植被覆盖率的提高,流域的洪水径流量和输沙模数均大幅度下降。     

丘陵地区地形梯度上植被格局的分异研究概述

植物群落的本质特征之一是群落中的植物和环境之间存在一定的相互关系。湿润的丘陵地区是由水侵蚀而形成的包含各种干扰频率的生境复合体,作为中尺度的地形单位,可以通过侵蚀前线划分为上部坡面和下部坡面两个小尺度的地形单位,而上部坡面可以进一步划分为顶坡、上部边坡、谷头凹地等微地形单元,下部坡面可以进一步划分为下部边坡、麓坡、泛滥性阶地及谷床等微地形单元。上部坡面发育的是气候顶极群落,沿顶坡向谷头凹地,群落发生逐渐、连续的变化,下部坡面发育的为地形群落,其物种组成、结构以及其它生态特征与上部坡面具有显著的差异,而其微地形单元之间植被的变化不明显。干扰作用是不同地形植被分异的控制因子,也是地形植被维持和更新的关键因子。下部坡面以相对积极的土壤侵蚀、滑坡和崩塌等过程为特征,其植被更新依赖于频繁的地面干扰,而上部坡面长期稳定,其植被更新依赖于林窗动态。地形是影响植被格局的最重要的也是最基本的生境因子,其引起的生境生态位分化为物种的共存提供了条件,导致了小尺度空间内高生物多样性的形成和维持。     

半干旱黄土丘陵区沙棘的水分生理生态及群落特性研究

１９７７～１９９８年在陕西吴旗、安塞半干旱黄土丘陵区对沙棘的水分生理生态及群落学特性进行了分析研究。试验结果表明：（１）沙棘有一定的耐旱能力,为广生态幅植物;（２）沙棘生长迅速,竞争力强,第３～４年即可形成茂密的单优群落,以后随着自然稀蔬,能形成良好的藻木一草本群落;（３）消棘适应半干旱黄土丘陵区陵区生境的水分生理生态特性是：棘缚水含量随灌木－－草本群落;（３）沙棘适应半干旱黄土丘陵区生境的水分生     

基于RUSLE水蚀模数演算与人工神经网络评价

以黄土高原北部的横山县为例,利用ETM+遥感数据和RUSLE水土流失模型实现了基于“3S”技术的黄土丘陵区水土流失定量反演,并在神经网络技术支持下对定量反演结果进行评价.结果表明,横山县平均水蚀模数为10323 t·hm^-2·yr^-1,年水蚀量为4.38×10⁷ t,总体为中强度水蚀.水蚀程度在空间上呈自西、北向东、南逐渐增强的态势.水蚀随地形部位分异也较为显著,即川坝地、墚峁顶、风沙区地形平坦,以溅蚀为主,有微弱水蚀甚至无水蚀现象;墚峁坡上,坡度平缓,以面蚀为主,为轻度侵蚀;墚峁坡中下部,坡度增大,以线蚀为主,为中度侵蚀;沟缘线以下,坡面陡立,以冲蚀为主,为重度侵蚀.本文研究技术和方法切实可行,具有推广价值,研究结果对流域治理和水土保持具有指导意义.     

基于InVEST模型的皖西大别山区生境质量时空演化及景观格局分析

新型城镇化及生态文明建设背景下,加强中国重要生态功能区的生境质量研究具有重要意义。以皖西大别山区舒城县为例,基于InVEST模型及地形位等方法进行生境质量时空演变与景观格局互动及梯度效应分析,结果表明:(1)1995—2015年,研究区生境质量指数从1995年的0.6392下降为2015年的0.6356,总体降幅不大;生境退化程度持续上升,由0.0133上升至0.0142。热点分析表明,生境质量较差的冷点区主要分布于东北部的城镇及其周边区域,质量较高的热点区主要位于西南部植被分布区;(2)生境质量及生境退化分布指数具有显著的地形位梯度效应。高生境质量分布指数与林地分布一致并随地形位梯度上升成主导优势,而低生境质量分布与建设用地和农地分布一致,并在低地形位梯度上占主导优势;(3)分区和整体生境质量与景观格局指数相关性显著,但不同区域内的二者之间相关性质各异。生境质量演化受地形和景观格局影响较大。研究结果对于大别山重要生态功能区的生境保护及生态系统功能调控具有一定的理论与实践价值。     

海洋生境制图研究进展: 概念、方法与应用

基于生态系统的海洋管理采用生态边界而非行政边界来指导管理实践, 海洋生境制图旨在探寻海洋环境与生物群落/物种的分布规律, 从而为生物多样性保护和海洋空间规划等管理行动提供可以依循的生态边界。海洋生境制图是科研监测数据通往管理决策应用的有效途径, 近年来已成为海洋生态保护与管理领域的国际研究热点, 但我国对于海洋生境制图的研究才刚刚起步。本文对海洋生境制图的国内外研究进展进行了综述, 介绍了海洋生境制图的定义和内涵, 明确了海洋生境制图的步骤及其在生态系统管理中的应用; 系统阐述了海洋生境制图的主要研究方法, 从生境分类方案、生境分区和生态特征描述等方面对海洋生境制图的研究过程及采用的分析方法进行了总结; 全面梳理了国内外的代表性海洋生境制图研究案例, 对各国已开发的海洋生境分类分区体系进行了对比和评述, 总结了共性特征; 最后提出研究建议, 对我国开展海洋生境制图研究的前景进行展望, 以期为我国的海洋生态空间管理工作提供科学依据和参考。     

黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响

研究黄土丘陵区植被与地形特征对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征影响有助于深入理解黄土丘陵区不同植被带下土壤和土壤微生物相互作用及养分循环规律.选择黄土丘陵区延河流域3个植被区(森林区、森林草原区、草原区)和5种地形部位(阴/阳沟坡、阴/阳梁峁坡、峁顶)的土壤作为研究对象,利用生态化学计量学理论研究植被和地形对土壤和土壤微生物生物量生态化学计量特征的影响.结果表明: 土壤及土壤微生物生物量碳、氮、磷含量在不同地形之间的差别主要表现在沟坡位置和阴坡高于其他坡位和阳坡.植被类型的变化对两个土层(0～10、10～20 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响均达到显著水平,坡向对表层(0～10 cm)土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷的影响强于坡位,而在10～20 cm土层,坡位对土壤和土壤微生物生物量碳、氮、磷影响更显著.植被类型显著影响土壤C∶N、C∶P、N∶P和土壤微生物生物量C∶N、C∶P,坡向和坡位仅影响土壤C∶P和N∶P,植被类型的变化是影响土壤C∶N的主要因素.同时,植被类型对土壤养分和微生物生物量碳、氮、磷含量及其生态化学计量特征的影响大于地形因子.标准化主轴分析结果表明,黄土丘陵区不同植被带土壤微生物具有内稳性,特别在草原带,土壤微生物生物量生态化学计量学特征具有更加严格的约束比例.在黄土丘陵区,土壤微生物生物量N∶P或许可以作为判断养分限制的另一个有力工具,若将土壤微生物生物量N∶P与植物叶片N∶P配合使用可能有助于我们更加精确地判断黄土丘陵区的土壤养分限制情况.     

黄土高原生态分区及概况

黄土高原地域广阔,水土流失区域差异显著。为了有效治理水土流失,评估水土流失治理技术和模式及生态恢复建设工程的成效性,需要对黄土高原进行区域划分。依据自然条件、水土流失治理技术和模式的区域性特征及差异,基于国家基础地理信息系统数据的县级行政界,对其进行合并,进行生态分区的划分,并分别统计其气候、地形地貌、植被特征及水土流失现状,以期为黄土高原水土流失治理技术和模式的改良优化提供依据。主要结论如下:(1)黄土高原分为黄土高塬沟壑区,黄土丘陵沟壑区,沙地和农灌区,土石山区及河谷平原区。其中黄土高塬沟壑区和黄土丘陵沟壑区分别划分为两个副区。(2)黄土高原的气候、植被、水土流失具有明显的分区差异。降水和植被覆盖度自东南向西北递减,二者在空间分布上具有很好的一致性,降水量大的分区,植被覆盖度也高。在年际变化方面,丘陵沟壑区B2副区降水量呈增加趋势,其他分区呈减小趋势,变化均不显著。80年代以来,黄土高原和各生态分区的植被覆盖度均逐渐增加,黄土丘陵沟壑区的增加量最大。各分区的面平均气温均呈非显著增加趋势,90年代以来增温明显。(3)1970年以来,黄土高原侵蚀产沙强度减弱趋势显著,至2002—2015年,多年平均输沙模数在0.13—3924 t km~(-2) a~(-1)之间,侵蚀强度最大为中度侵蚀(2500—5000 t km~(-2) a~(-1)),但面积较小,主要分布于第二高塬沟壑区的泾河流域。     

辽河三角洲滨海湿地景观规划各项预案对指示物种生态承载力的影响

在对辽河三角洲滨海湿地进行规划“预案”设计以及相应的生境分析基础上,运用景观生态决策与评价支持系统（LEDESS－model）对批示物种丹项鹤和黑嘴鸥繁殖生境的生态承载力进行了空间模拟和定量分析,结果表明：在大规模农业开发的背景下,预案A通过湿地调整以及生境补偿措施,不仅可以维持湿地生境面积“无净损失”（No-net-loss）,而且可以相当程度地提高指示物各上繁殖生境的生态承载力;预案B通过一系列减轻生境破碎化影响的生境管理措施,也显著的提高了丹顶鹤繁殖生境的生态承载力,但对黑嘴鸥繁殖生境的生态承载力的改善不如前者显著;预案C的模拟结果说明采取“滚动”开发模式,可以有效减轻区域农业开发对物种生境的负面影响,在本研究限定的开发规模下（8000hm^2）,对指示物种丹顶鹤、黑嘴鸥繁殖生境的生态承载力没有明显影响。     

辽河三角洲滨海湿地景观规划各预案对指示物种生态承载力的影响

在对辽河三角洲滨海湿地进行景观规划"预案”设计以及相应的生境分析基础上,运用景观生态决策与评价支持系统(LEDESS-model)对指示物种丹顶鹤和黑嘴鸥繁殖生境的生态承载力进行了空间模拟和定量分析,结果表明在大规模农业开发的背景下,预案A通过湿地调整及生境补偿措施,不仅可以维持湿地生境面积"无净损失”(No-net-loss),而且可以相当程度地提高指示物种繁殖生境的生态承载力;预案B通过一系列减轻生境破碎化影响的生境管理措施,也显著地提高了丹顶鹤繁殖生境的生态承载力,但对黑嘴鸥繁殖生境的生态承载力的改善不如前者显著;预案C的模拟结果说明采取"滚动”开发模式,可以有效减轻区域农业开发对物种生境的负面影响,在本研究限定的开发规模下(8000hm2),对指示物种丹顶鹤、黑嘴鸥繁殖生境的生态承载力没有明显影响.     

地形微生境对区域温度变化的缓冲作用

研究黄土丘陵区的地形微生境,了解微生境的形成机制及特征,对于生物多样性的恢复和保护都具有重要意义。选择陕西省安塞县陈家洼为研究区,按照不同坡向与坡位布设Ibutton电子温度记录仪采集温度数据。比较各坡段地面5 cm处与地上150 cm处的极端温度与相应的显域生境的温度变化,量化微生境的缓冲作用。采用平均温度、极端高温、极端低温等指标来评估地形微生境温度对区域温度变化的非同步性,并采用温度变幅来衡量地形微生境气候的稳定性。结果表明,在最热两周中,阴坡沟底地最大缓冲度8℃,沟坡地与梁峁地最大缓度分别为6.5℃与6℃;阳面三个坡段自上而下最大热缓冲度分别为3.5℃、3℃、4℃。地形微生境对于夏季极端高温的缓冲作用阴坡>阳坡;而阳坡沟底地、沟坡地、梁峁地在最冷两周的最大冷缓冲值可达4.5℃,4℃、4℃,阴坡沟底地最大可缓冲3.5℃,其次是沟坡地与梁峁地,最大缓冲度为3℃与2℃。对于冬季极端低温的缓冲作用阴坡<阳坡。但无论是热缓冲还是冷缓冲,各坡段之间存在显著差异(P<0.05),阴坡与阳坡的缓冲值皆存在自下而上的阶梯性,即沟底地>沟坡地>梁峁地。日温度变幅阳坡&...     

侵蚀地区植被生态动力学模型

研究侵蚀地区的植被在水力侵蚀和各种生态应力以及人类活动影响下的演变规律 ,建立了植被生态动力学模型。将作用于植被的各种生态应力分成长期、短期和瞬时应力 ,给出了它们的定量表达式 ,并且统一在植被生态动力学方程中 ;同时进一步得出了动力学耦合方程组的理论解。该模型应用于金沙江支流小江流域 ,结果较好地描述了流域的植被生态演变过程与侵蚀过程的关系 ,说明了治理强度和控制侵蚀对植被发育的重要性。     

青海省湟水地区森林灌丛植被遥感分析及其主要特征

湟水地区地处黄土高原和青藏高原过渡带 ,界于北纬 36°0 2′～ 37°2 8′,东经 1 0 0°41′～1 0 3°0 4′之间。海拔 1 650～ 4395m,总面积为 1 61 2 0 km2。本研究根据卫星遥感影像资料 (以TM为主 ) ,结合以往野外调查工作 ,研究并综合分析了湟水地区的森林、灌丛植被及其主要特征。森林灌丛植被的遥感解译采用综合分析法。研究表明湟水地区森林灌丛植被具有明显的生态地理分布特征 ,其分布多集中于黄土低山丘陵与中高山地形结合地带 ,即黄土覆盖的边缘交错区域。这一空间分布特征可能与本区的黄土覆盖边缘地区的多样化生态地理特点存在一定的联系。生境的干湿状况直接影响本地区天然林的分布特征、森林灌丛植被覆盖率的高低、森林的类型结构和种类组成 ,并成为人工造林效果的重要环境因素。本区森林灌丛植被长期受到人类活动的深刻影响 ,具有人类活动的明显痕迹。人类活动的规模范围、作用方式、影响强度等因素成为本区森林灌丛植被及其生境变化与差异的重要原因之一。     

广东省不同地貌形态类型区生境质量归因

城市用地扩张和人类活动生物生境破碎, 已成为生物多样性降低的主要原因; 全面认知区域生境质量是改善生境质量的基础, 更是保护和维护生物多样的前提。论文基于广东省1980—2018年土地利用变化数据, 利用InVEST模型对广东省生境质量进行评估, 从地形视角分析其地形梯度效应; 综合自然地理环境和社会经济几个方面, 共选择10个影响因子, 探测不同地形梯度下生境质量的主导因子。结果表明: (1)林地和耕地是广东省最主要的土地利用类型。耕地与草地是流失最显著的地类, 建设用地是明显增加的用地类型, 耕地是其主要来源; (2)生境质量空间分异特征明显, 低值区集聚化分布在珠三角平原地区, 并且珠三角生境质量低值区明显向外扩张, 粤北、粤东、粤西地区的生境质量相对较高。(3)不同的地形位, 归一化植被指数对生境质量的解释力都最强。在低地形位的地区, 生境质量的主导影响因子还有人口分布、GDP和道路密度; 在中地形位的地区, 还有道路密度、土壤类型和降雨量; 在高地形位的地区, 归一化植被指数解释力最强。研究有助于全面认知区域生境质量变化规律及其空间分异机制, 是实现区域生态、农业和城镇三空间合理布局, 充分保护生物多样性的基础。     

黄土丘陵区竹节式聚水沟的蓄水特性

竹节式聚水沟是近年来陕北黄土丘陵区大力推广应用的一种雨水集蓄利用新技术.为了研究不同填充物(树枝、秸秆、石子)聚水沟的蓄水特性,在自然状态和模拟降雨条件下对各聚水沟土壤水分状况和拦蓄水能力进行测定,研究各种填充物的持蓄水特性.结果表明: 自然状态下,5-10月各处理土壤储水量变化呈先降低后升高的趋势.5月,树枝沟、石子沟、秸秆沟和水平阶地30～200 cm土壤储水量分别为186.76、177.23、169.26和185.76 mm;与5月相比,10月树枝沟、石子沟和秸秆沟土壤储水量分别增加14.24、20.28和21.23 mm,水平阶地降低6.52 mm.10月各处理30～200 cm垂直剖面上土壤水分恢复深度不同,秸秆沟和树枝沟恢复深度最大,达到140 cm,石子沟次之,为110 cm,水平阶地恢复深度最小,仅为80 cm.模拟降雨条件下不同填充物聚水沟的拦蓄水总量为:秸秆沟(99.5 L)>石子沟(91 L)>树枝沟(71.5 L).浸水试验测得树枝和秸秆的持水率与浸水时间存在对数函数关系,而吸水速率与浸水时间存在幂函数关系,持水率与吸水速率之间呈负对数关系.秸秆的吸持水能力较树枝强;石子的吸持水能力很弱,随时间基本不发生变化,持水率与吸水速率之间呈线性负相关.3种聚水沟在黄土丘陵区均具有较好的推广应用价值,以秸秆沟的拦蓄水、持水效果最好.     

乌江流域重要生态系统服务地形梯度分布特征分析

为探究流域尺度生态系统服务空间特点, 利用ArcGIS 软件和InVEST 模型, 从高程、坡度、地形起伏度和地形位指数等方面对乌江流域重要生态系统服务地形梯度分布特征进行了分析。结果表明: (1)水供给在各地形梯度上均呈小幅波动特点。碳储量、生境质量和水土保持随着坡度、地形起伏度和地形位指数的增加而增加, 随着高程增加呈波动起伏特点; (2)水土保持在各地形梯度上的变化突出, 生境质量和碳储量的变化居中, 而水供给变化较小; (3)碳储量、生境质量和水土保持在不同地形梯度上的差异明显, 而水供给在不同地形梯度上的差异较小。土地利用空间格局及流域地形特征是影响该区生态系统服务梯度差异的重要因素。以期为流域土地利用科学管理及生态环境保护提供科学依据。